estudio chileno

El proceso de creación de sistemas planetarios y los planetas gigantes es un campo con muchas interrogantes. Uno de estos enigmas fue abordado por una astrónoma egresada de la Universidad de Chile, Teresa Paneque, una investigadora que estudió en su tesis de maestría Elias 2-27, a 378 millones de años luz de la Tierra – una estrella joven cuyo tamaño es cercano a la mitad de nuestro Sol, y el disco de polvo y gas que llevará a los planetas.

Una de las singularidades de este sistema La constelación de Ofiuco Lo que motivó su análisis es que ahora se entiende que la estructura de vórtice que sigue a sus partículas de polvo es el resultado de una inestabilidad gravitatoria característica.

En ello se centró el trabajo de Teresa Paneque con astrónomos y profesores de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de de Chile. Laura Pérez, Un proceso calculado en colaboración con Alma, el Laboratorio Europeo del Sur (ESO), el Instituto Max Planck de Astronomía e investigadores de las universidades de Milán, Georgia, Leicester, Harvard y Cambridge.

La joven astrónoma de 23 años, doctorada en el Laboratorio del Sur de Europa y en la Universidad de Leiden, comenzó su investigación en 2018 con un análisis de las observaciones recogidas por el proyecto Alma, dirigido por el profesor Pérez. En 2016 fue la primera persona en descubrir la estructura espiral del sistema.

El trabajo de Teresa Paneque le permitió publicar dos artículos en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal. Dirige junto al profesor Pérez, «Un gran disco de polvo con armas espirales y dinámica no kepleriana: Elias 2-27 Possible Evidence for Gravitational Instability on Disk», en el que presenta los resultados de un estudio sobre la estructura espiral del disco El modelo 2-27 de Elias.

El segundo artículo, titulado «Dynamic Measurement of Disk Mass in Elias 2-27» (Medición dinámica de la masa del disco en Elias 2-27), realizado por la Escuela Normal Superior de León, graduada y actual investigadora de la Universidad de Milán, es similar a un estudio Se midió la densidad y la masa del disco, trabajando para confirmar otra predicción de los sistemas gravitatoriamente inestables.

Las propiedades de la inestabilidad gravitatoria

El hallazgo es la cuestión central del estudio La razón de la presencia de espirales en el disco protoplanetario de Elias 2-27.

En su análisis, Teresa Paneque y sus colaboradores en este trabajo sugieren que el comportamiento de las partículas que componen este sistema está determinado no sólo por la influencia de su estrella central, sino también por la masa de polvo y gas del disco acumulada. Esta gravedad masiva crea inestabilidad, dando lugar a estructuras en forma de espiral.

Estas inestabilidades gravitatorias «se han estudiado en detalle a partir de la teoría y las simulaciones, pero ésta es la primera vez que tenemos pruebas observacionales sólidas de que se producen en un sistema. Es como pillar un sistema ‘con las manos en la harina'».

La astrónoma de la Universidad de Chile explica que las simulaciones y los modelos teóricos apuntan a que la inestabilidad gravitacional es un proceso apropiado cuando la masa del disco de un sistema es superior al 10 por ciento de la masa de su estrella.

En este caso, el análisis reportado en ambos artículos sugiere que Elias 2-27 tendría alrededor del 20 por ciento. «Normalmente, basándonos en lo que observamos en otros sistemas, estos discos suponen menos del 1 por ciento del material de la estrella», dice Teresa Paneque.

El investigador afirma que a medida que el disco se hace más grande, el número de volutas disminuye, y se pueden observar de forma más limitada, como ocurre en Elías 2-27.

Por otro lado, describe cómo será este sistema El tamaño de nuestro sistema solar muchas veces. «Los rollos de Elías 2-27 están a más de 200 unidades astronómicas, ocho veces más lejos de nuestro Sol que Neptuno», explica.

Al comentar la importancia de esta investigación, la profesora Laura Pérez destaca que se hace con datos del radiotelescopio Alma, «nos mostró que este material es único: Se observaron por primera vez muchas predicciones sobre la inestabilidad gravitatoria, desde el atrapamiento de granos de polvo en sus brazos del huso, hasta la dinámica perturbadora del disco dinámico cerca de las zonas del huso».

Formación de planetas gigantes

Teresa Paneque confirma que este descubrimiento proporciona información importante para comprender mejor los procesos de formación planetaria en estos bucles, el entorno ideal para la aparición de planetas gigantes como Júpiter.

«Creemos que hay dos formas principales de crear planetas. Una, las partículas pequeñas se juntan para formar planetas rocosos como nosotros, y luego hay inestabilidades gravitacionales, que las simulaciones predicen que son muy eficientes para crear planetas gigantes. Este disco está sometido a ese proceso, así que ¿qué se puede esperar de este trozo de rollo?».

Sin embargo, se forman planetas gigantes a trozos, lo que no descarta la posibilidad de que se formen planetas más pequeños», señala.

Por su parte, la profesora Laura Pérez destaca que «la lectura de un disco de este tipo nos ayuda a avanzar en la comprensión de esta extraña forma de crear planetas, y algunos de ellos tienen observaciones porque parece muy inusual».

En este sentido, dice, entender la estructura, la cinética y la química de estos discos protoplanetarios permitirá comprender mejor el proceso de formación de planetas. «Existe una ‘vía’ para la creación de planetas prevista, pero tenemos muy pocas pruebas observacionales de ello: La formación de planetas por inestabilidad gravitatoria en un gran disco, donde, gracias a la gran gravedad del mismo, se colapsa y se rompe en partes que pueden crear enormes planetas». dice un joven astrónomo de la Universidad de Chile Esperan que un sistema planetario surja de este disco de polvo y gas en un máximo de 10 millones de años.

«No es lo mismo que la escala de tiempo de las estrellas, nuestro sol va a vivir 12.000 millones de años, así que 10 millones de años es realmente muy poco, pero es mucho para nosotros los humanos». Sólo se puede combinar el mayor número posible de observaciones.

A pesar de este importante avance científico, la inestabilidad de la gravedad establece un puente entre la teoría y la observación empírica del fenómeno, y todavía hay muchos interrogantes al respecto. Actualmente, un astrónomo de la Universidad de Chile está estudiando su doctorado en el ESO, y su primer proyecto de investigación se centrará en la estructura molecular de este disco.

«Queremos entender cuáles fueron los ‘materiales’ primitivos para crear los planetas, conocer su reserva química y ver sus diferencias y similitudes con otros discos protoplanetarios. Además, permite contribuir al conocimiento de la evolución de la vida en los planetas», comenta.